[發(fā)明專利]面向裝配的微零件對稱邊緣亞微米精度特征識別方法

有效

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• 申請日: 2012-12-11
• 公開（公告）號: CN103034845B
• 公開（公告）日: 2018-06-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張之敬;葉鑫;唐永龍;金鑫;高軍
• 申請（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06K9/46
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1.一種面向裝配的微零件對稱邊緣亞微米精度特征識別方法，其特征在于：

所述方法是基于顯微機器視覺的微裝配對位關(guān)鍵特征提取識別方法,識別精度達到亞微米級,通過對稱邊緣的特征預(yù)判斷獲取具有對稱特性的直線類或圓弧類特征目標(biāo)零件和基體零件的精確位置和相對位置,其具體包括下列步驟：

1)首先對相機獲取的目標(biāo)零件和基體零件裝配對位原始圖像進行預(yù)處理：包括圖像灰度化和圖像邊緣增強；

其中，采用黑白相機無需對圖像進行灰度化的轉(zhuǎn)換，圖像灰度化采用的方法是加權(quán)平均法、平均值法和最大值法；

2)確定檢測目標(biāo)微小型結(jié)構(gòu)的加工工藝類型和關(guān)鍵裝配對位邊緣關(guān)鍵特征；

根據(jù)實際零件的不同，其裝配對位關(guān)鍵邊緣特征會有所不同：軸孔類的微小結(jié)構(gòu)件裝配的對位關(guān)鍵特征是圓弧，而平板類方形槽的裝配對位關(guān)鍵特征則是直線段；

3)采用對稱差分的方法對原圖像進行直線類或圓弧類裝配對位關(guān)鍵特征的初檢測，用于判斷目標(biāo)零件和基體零件在裝配對位過程中，在不同方向上的裝配對位關(guān)鍵特征的選取；

通過對裝配對位關(guān)鍵特征的初檢測判斷對原圖像進行了圖像分割得到處理圖像區(qū)，即零件局部圖；

4)感興趣區(qū)域選取，對應(yīng)基體零件的感興趣區(qū)和目標(biāo)零件的感興趣區(qū),對于零件裝配對位邊緣關(guān)鍵特征的不同，出現(xiàn)的特征類別不同，感興趣的位置不是規(guī)定的，會根據(jù)具體情況進行相應(yīng)的改變；

提取過渡區(qū)的最佳測度參數(shù)：采用計算有效平均梯度EAG和對圖像灰度的剪切操作來確定；

其中，EAG的定義為：

E A G = T g T p - - - ( 1 ) ; ]]>

其中，為總梯度和；

其中，為梯度不為零的像素總數(shù)；

通過(3)對圖像邊緣過渡區(qū)的計算可以初步的確定感興趣的分布范圍；

根據(jù)(2)獲得目標(biāo)零件和基體零件對稱邊緣信息，來精確選取感興趣區(qū)域；

對稱邊緣過渡區(qū)的提取，在使用有效平均梯度時，需要定義灰度剪切函數(shù)：

高端剪切函數(shù)

低端剪切函數(shù)

其中，L為剪切值,其范圍為0～255；根據(jù)剪切值計算出EAG_low(L)和EAG_high(L)的值；

由公式(1)可知，EAG代表的是圖像中的一個有選擇的統(tǒng)計量，在計算EAG時，只用到了非零梯度的像素，且是圖像中非零像素的平均梯度；

其中，f(i,j)代表在二維空間變化的圖像函數(shù)，(i,j)∈S，S表示圖像像素空間坐標(biāo)的整數(shù)集，g(i,j)為圖像的梯度函數(shù)；

典型EAG(L)～L曲線為單極值曲線，即EAG_low(L)和EAG_high(L)均只有一個極值點，并將取得極值點處對應(yīng)的灰度值記為L_low和L_high，且L_low＝arg{max[EAG_low(L)]}，L_high＝arg{max[EAG_high(L)]}；

這兩個極值點對應(yīng)的灰度值被認為是過渡區(qū)域?qū)?yīng)的邊界灰度值，由這兩個值分出來的圖像區(qū)域就是過渡區(qū)，實際的應(yīng)用中，由于顯微圖像邊緣的特塑形，還需要對提取的邊緣區(qū)域進行適當(dāng)?shù)纳炜s；

5)灰度統(tǒng)計分析，采取基于排序統(tǒng)計分析的圖像邊緣增強濾波器OSEEF，設(shè)輸入信號x_i,1≤i≤N，經(jīng)過排序后得到序列x(i)，滿足

x(1)≤x(2)≤x(3)≤...≤x(N)，構(gòu)成點集Xl和Xh，為其兩個子集，劃分如下：

Xl:x(1+k₁),...,x(n₁)和Xh:x(n₂),...x(N-k₂)；

式中0≤k₁≤N-n₁，0≤k₂≤n₂-1；

H(·)為采用平均濾波算子的運算；

H ( X l ) = 1 n 1 - k 1 Σ i = 1 + k 1 n 1 X ( i ) ]]>

H ( X h ) = 1 N - k 2 - n 2 + 1 Σ i = n 2 N - k 2 X ( i ) ; ]]>

定義D為D＝H(Xh)-H(Xl)；

定義y^*為

x^*為濾波窗中心樣本點，

定義T為某個閾值，則OSEEF濾波器的輸出為：

y = y * , D ≥ T H ( X h ) + H ( X l ) 2 , D < T ; ]]>

6)對稱邊緣擬合，就是根據(jù)前面的計算來擬合具有相似特征的對稱基準(zhǔn)線，目標(biāo)零件和基體零件在相同的加工條件下，其邊緣的感興趣區(qū)的各個像素點的灰度分布具有相似的特征，在此特征的基礎(chǔ)上，通過Hough變換來擬合對稱相似基準(zhǔn)線，根據(jù)實際零件的不同，其裝配對位關(guān)鍵邊緣特征會有所不同；在實際應(yīng)用中圖像中得到的邊緣點(x_i,y_i)是采用參數(shù)方程；

ρ＝x_i cosθ+y_i sinθ，其中ρ代表直線到原點的垂直距離，θ代表X軸到直線垂線的角度，通過求出ρ，θ就可以得到邊緣的直線或曲線方程；

7)誤差補償計算，通過尋找目標(biāo)零件和基體零件的中心線來計算圖像位置誤差補償量：分別計算目標(biāo)零件和基體零件的中心P0和P0’所在的位置，然后計算P0和P0’之間的位置誤差，并通過坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換的方式計算實際的位置誤差補償量，即圖像坐標(biāo)系得到的誤差計算數(shù)值經(jīng)過坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換可以得到實際的微動平臺坐標(biāo)系的誤差位移量，從而實現(xiàn)微小型結(jié)構(gòu)件的無損、高精度裝配。